「Go GC」学习要点总结

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GC

基本GC算法简介：

1. 标记-清理：常见的就是 三色标记法

   1. 黑色 → 已经被扫描
   2. 灰色 → 被黑色引用到，暂时没有扫描，扫描之后变为黑色
   3. 白色 → 暂时没有被扫描到，可能为垃圾对象；如果被灰色对象引用的对象 也都会被扫描
   4. 缺点：内存碎片

2. 标记-压缩：

   1. 将分散，存活的对象移动，形成更为紧密的空间来解决内存碎片的问题
   2. 标记 → 类似 标记-清理算法
   3. 压缩 → 将活的对象压缩到空闲的区域
   4. 缺点：压缩过程中对象的之间引用也需要被同时迁移，增大了实现的难度

3. 引用计数

基本步骤

1. 标记准备
2. 并行标记
3. 标记终止
4. 垃圾清除

先看看标记：

1. 可以和用户执行的协程并行

2. 扫描的第一阶段是扫描根对象

3. 颜色区别：

   1. 灰色：该对象已经标记，对象下的属性没有完全标记
   2. 黑色：对象以及对象下的属性都全部被标记
   3. 白色：没有被标记 (对象垃圾)

内存屏障

为了解决悬挂指针的问题，引入屏障技术保障数据的一致性。分为写屏障和读屏障，GO中用的是写屏障：因为不需要对象拷贝，读屏障是没有意义的。

标记算法保证正确性，达到以下任意一共都可以：

1. 强三色不变

   • 黑色不会指向白色，只能指向灰色或者是黑色

2. 弱三色不变

   • 黑色可以指向白色

第一阶段

GC开始，STW ⇒ 初始内存都是白色，进入标记队列为灰色。

1. STW
2. 每一个P启动一个 mark worker G 用于标记 (用于第二阶段)
3. 开启写屏障 ⇒ 记录一下后续进行marking时被修改的指针
4. 找到所有roots (stack, heap, global vars)，并加入标记队列
5. Start the World，进入第二阶段

第二阶段

marking, start the world

1. 标记队列取出对象，标记为黑色 (不能GC)
2. 然后检查是否指向另一个对象，有则加入标记队列
3. 看分配对象是否为指针，是则scan下一个对象；否则停止该路scan，开始队列下一个对象scan
4. 在扫描过程中，如果发现用户修改对象，触发写屏障，将对象标记为灰色，并加入单独的扫描队列

需要注意的是：

1. 可以和用户程序并发进行

第三阶段

处理marking中修改过的指针，STW

STW，将gc write barrier记录的修改指针加入标记队列进行新一轮标记。

需要注意：

1. 这个阶段不是并行的
2. 扫描完了以后start the world

第四阶段

内存管理中有个 bitmap 结构，可以标记是否为黑色

改进历程

1. 最开始采用原始的标记-清理方式，整个过程需要STW
2. 分离标记/清扫操作：标记过程STW，清扫并发执行
3. 采用三色标记；回收

总结

1. GC开始将栈上空间全部扫描并标记为黑色 (就不需要二次扫描，无需STW)
2. GC中，任何在栈上创建的新对象，均为黑色
3. 被删除引用的对象标记为灰色
4. 增加新的引用到新对象，此对象标记为灰色